Une équipe composée de cliniciens, d’ingénieurs et de neuroscientifiques de premier plan a fait une découverte révolutionnaire dans le domaine de la dépression résistante aux traitements. En analysant l’activité cérébrale de patients soumis à une stimulation cérébrale profonde (DBS), une thérapie prometteuse impliquant des électrodes implantées qui stimulent le cerveau, les chercheurs ont identifié un modèle d’activité cérébrale unique reflétant le processus de récupération chez les patients souffrant de dépression résistante au traitement. Ce modèle, connu sous le nom de biomarqueur, sert d’indicateur mesurable de guérison de la maladie et représente une avancée significative dans le traitement des formes de dépression les plus graves et les plus incurables.
Les découvertes de l’équipe, publiées en ligne dans la revue Nature le 20 septembre, offrira la première fenêtre sur le fonctionnement complexe et les effets mécanistes du DBS sur le cerveau pendant le traitement de la dépression sévère.
Étude : La dynamique cingulaire suit la guérison de la dépression grâce à une stimulation cérébrale profonde. Crédit d’image : Alphavecteur/Shutterstock
Le DBS consiste à implanter de fines électrodes dans une zone spécifique du cerveau pour délivrer de petites impulsions électriques, semblables à un stimulateur cardiaque. Bien que le DBS soit approuvé et utilisé depuis de nombreuses années pour les troubles du mouvement tels que la maladie de Parkinson, il reste expérimental pour la dépression. Cette étude constitue une étape cruciale vers l’utilisation de données objectives collectées directement à partir du cerveau via le dispositif DBS pour informer les cliniciens sur la réponse du patient au traitement. Ces informations peuvent aider à orienter les ajustements du traitement DBS, en l’adaptant à la réponse unique de chaque patient et en optimisant les résultats de son traitement.
Aujourd’hui, les chercheurs ont montré qu’il est possible de surveiller cet effet antidépresseur tout au long du traitement, offrant ainsi aux cliniciens un outil quelque peu analogue à un test de glycémie pour le diabète ou à la surveillance de la pression artérielle pour une maladie cardiaque : une lecture de l’état de la maladie à un moment donné. . Il est important de noter qu’il fait la distinction entre les fluctuations d’humeur quotidiennes typiques et la possibilité d’une rechute imminente de l’épisode dépressif.
L’équipe de recherche, qui comprend des experts du Georgia Institute of Technology, de l’École de médecine Icahn du Mont Sinaï et de l’École de médecine de l’Université Emory, a utilisé l’intelligence artificielle (IA) pour détecter les changements dans l’activité cérébrale qui coïncidaient avec la guérison des patients.
L’étude, financée par les National Institutes of Health Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies ®, ou BRAIN Initiative ®, a porté sur 10 patients souffrant de dépression sévère résistante au traitement, qui ont tous subi la procédure DBS à l’Université Emory. L’équipe d’étude a utilisé un nouvel appareil DBS permettant d’enregistrer l’activité cérébrale. L’analyse de ces enregistrements cérébraux sur six mois a conduit à l’identification d’un biomarqueur commun qui changeait à mesure que chaque patient se remettait de sa dépression. Après six mois de traitement DBS, 90 pour cent des sujets ont présenté une amélioration significative de leurs symptômes de dépression et 70 pour cent ne répondaient plus aux critères de dépression.
Les taux de réponse élevés dans cette cohorte d’étude ont permis aux chercheurs de développer des algorithmes « d’intelligence artificielle explicable » qui permettent aux humains de comprendre le processus décisionnel des systèmes d’IA. Cette technique a aidé l’équipe à identifier et à comprendre les schémas cérébraux uniques qui différencient un cerveau « déprimé » d’un cerveau « récupéré ».
« L’utilisation de l’IA explicable nous a permis d’identifier des schémas complexes et utilisables d’activité cérébrale qui correspondent à une guérison de la dépression malgré les différences complexes dans la guérison d’un patient », a expliqué Sankar Alagapan, Ph.D., chercheur scientifique à Georgia Tech et auteur principal. de l’étude. « Cette approche nous a permis de suivre la récupération du cerveau d’une manière interprétable par l’équipe clinique, ce qui représente une avancée majeure dans le potentiel de ces méthodes pour ouvrir la voie à de nouvelles thérapies en psychiatrie. »
Helen S. Mayberg, MD, co-auteur principal de l’étude, a dirigé le premier essai expérimental de DBS du cortex cingulaire sous-calleux (SCC) pour les patients atteints de dépression résistant au traitement en 2003, démontrant qu’il pourrait avoir un bénéfice clinique. En 2019, elle et l’équipe Emory ont rapporté que la technique avait un effet antidépresseur durable et robuste avec un traitement continu pendant de nombreuses années pour les patients auparavant résistants au traitement.
« Cette étude ajoute une nouvelle couche importante à nos travaux antérieurs, fournissant des changements mesurables sous-jacents à la réponse antidépressive prévisible et soutenue observée lorsque les patients souffrant de dépression résistante au traitement sont implantés avec précision dans la région SCC et reçoivent un traitement chronique par DBS », a déclaré le Dr Mayberg, maintenant directeur fondateur du Nash Family Center for Advanced Circuit Therapeutics à Icahn Mount Sinai. « En plus de nous donner un signal neuronal indiquant que le traitement a été efficace, il semble que ce signal puisse également fournir un signal d’alerte précoce indiquant que le patient peut avoir besoin d’un ajustement du DBS avant l’apparition des symptômes cliniques. Cela change la donne dans la façon dont nous pourrions ajuster DBS dans le futur. »
« Comprendre et traiter les troubles du cerveau font partie de nos grands défis les plus urgents, mais la complexité du problème signifie qu’il dépasse la portée d’une seule discipline », a déclaré Christopher Rozell, Ph.D., titulaire de la chaire Julian T. Hightower. et professeur de génie électrique et informatique à Georgia Tech et co-auteur principal de l’article. « Cette recherche démontre l’immense pouvoir de la collaboration interdisciplinaire. En réunissant l’expertise en ingénierie, en neurosciences et en soins cliniques, nous avons réalisé une avancée significative vers la mise en pratique de cette thérapie indispensable, ainsi qu’une compréhension fondamentale accrue qui peut aider à guider le développement de futures thérapies.
Les recherches de l’équipe ont également confirmé une observation subjective de longue date des psychiatres : à mesure que le cerveau des patients change et que leur dépression s’atténue, leurs expressions faciales changent également. Les outils d’IA de l’équipe ont identifié des modèles d’expressions faciales individuelles qui correspondaient à la transition d’un état de maladie à un rétablissement stable. Ces modèles se sont révélés plus fiables que les échelles d’évaluation clinique actuelles.
De plus, l’équipe a utilisé deux types d’imagerie par résonance magnétique pour identifier les anomalies structurelles et fonctionnelles de la substance blanche du cerveau et des régions interconnectées qui forment le réseau ciblé par le traitement. Ils ont découvert que ces irrégularités étaient en corrélation avec le temps nécessaire aux patients pour récupérer, des déficits plus prononcés dans le réseau cérébral ciblé étant corrélés à un temps plus long pour que le traitement montre une efficacité maximale. Ces changements faciaux et déficits structurels observés fournissent des preuves comportementales et anatomiques étayant la pertinence de la signature d’activité électrique ou du biomarqueur.
« Lorsque nous traitons des patients souffrant de dépression, nous nous appuyons sur leurs rapports, un entretien clinique et des échelles d’évaluation psychiatrique pour surveiller les symptômes. Les signaux biologiques directs provenant du cerveau de nos patients fourniront un nouveau niveau de précision et de preuves pour guider nos décisions de traitement. » a déclaré Patricio Riva-Posse, MD, professeur agrégé et directeur du service de psychiatrie interventionnelle du département de psychiatrie et des sciences du comportement de la faculté de médecine de l’université Emory, et psychiatre principal de l’étude.
Compte tenu de ces premiers résultats prometteurs, l’équipe confirme désormais ses résultats dans une autre cohorte complète de patients au Mont Sinaï. Ils utilisent la prochaine génération du système DBS à double stimulation/détection dans le but de traduire ces résultats dans l’utilisation d’une version commerciale de cette technologie.
La recherche rapportée dans ce communiqué de presse a été soutenue par la National Institutes of Health BRAIN Initiative sous le numéro de récompense UH3NS103550 ; la National Science Foundation, subvention n° CCF-1350954 ; la Fondation de recherche Hope for Depression ; et la chaire Julian T. Hightower à Georgia Tech. Toutes les opinions, constatations, conclusions ou recommandations exprimées dans ce document sont celles des auteurs et ne reflètent pas nécessairement les points de vue d’un organisme de financement.
